《城市轨道交通通信技术》课件.ppt
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1、单元一单元一 通信概览通信概览课题一课题一通信系统模型通信系统模型课题二课题二通信技术主要特征通信技术主要特征课题三课题三轨道交通通信系统的应用轨道交通通信系统的应用学习目标学习目标1.了解通信的一般概念了解通信的一般概念2.了解通信系统的基本理论了解通信系统的基本理论3.了解轨道交通通信系统的基本应用了解轨道交通通信系统的基本应用课题一课题一 通信系统模型通信系统模型通信的根本目的在于传输含有信息的消息通信的根本目的在于传输含有信息的消息“通信通信”也也就是就是“信息传输信息传输”或或“消息传输消息传输”。在自然科学领域涉及在自然科学领域涉及“通信通信”这一术语时,一般均是这一术语时,一般均
2、是指指“电通信电通信”。光通信也属于电通信,因为光也是一种电。光通信也属于电通信,因为光也是一种电磁波。磁波。一、通信的基本概念一、通信的基本概念1消息与信号消息与信号消息(Message)是通信系统要传送的对象,它由信源产生,如语音、图像、文字或某些物理参数等,所以通常也叫语音和图像的编码为信源编码。信息(Information)是消息所含内容的量度,单位为比特。2通信通信n通信的定义:是指由一地向另一地进行消息的有效传递。n通信的目的:就是传递消息。n通信的书面定义:利用电子等技术手段,借助电信号(含光信号)实现从一地向另一地进行消息的有效传递称为通信。通信系统:通信系统:通信中所需要的一
3、切技术设备和传输媒质构成的总体。通信中所需要的一切技术设备和传输媒质构成的总体。二、通信系统的一般模型二、通信系统的一般模型通信系统一般模型通信系统一般模型一个通信系统通常包括六个部分,每个部分的一个通信系统通常包括六个部分,每个部分的详细功能描述如下:详细功能描述如下:l“信源”(信息源,也称发终端):是消息的来源,把待传输的消息转换成原始电信号,如电话系统中电话机可看成是信源。l“发送设备”:将信源和信道匹配起来,即将信源产生的原始电信号(基带信号)变换成适合在信道中传输的信号。l“信道”:信号传输的通道,可以是有线的,也可以是无线的,甚至还可以包含某些设备。l“接收设备”:任务是从带有干
4、扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。l“信宿”:传输信息的归宿点,将复原的原始电信号转换成相应的消息。l“噪声源”:不是人为加入的设备,而是通信系统中各种设备,以及信道中所固有的,并且是人们所不希望的。噪声的来源是多样的,它可分为内部噪声和外部噪声,而且外部噪声往往是从信道引入的,因此,为了分析方便,把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。三、模拟通信和数字通信三、模拟通信和数字通信图1-2 模拟通信和数字通信1模拟通信系统模拟通信系统图1-4 模拟通信模型2数字通信系统数字通信系统图1-6 数字通信模型3数字通信主要特点数字通信主要特点抗干扰能力强;可消除噪声累积现象,适于远距离
5、传输;可实现差错控制编码;易于集成化,从而使通信设备微型化;易加密,对数字信号加密容易处理技术较复杂,易于与现代各种技术相结合。课题二课题二 通信技术主要特征通信技术主要特征一、通信的工作方式一、通信的工作方式通信系统按照通信的工作方式来分,可以分为三大类:单工工作方式单工工作方式半双工工作方式半双工工作方式全双工工作方式全双工工作方式1单工方式单工方式指通信的双方同时只能有一方发送信号,而另一方接收信号。单工制又分为同频单工和双频单工两种。同频单工是指基地站和移动台均使用相同的工作频率,双频单工指通信双方使用两个频率。2半双工方式半双工方式指通信的双方有一方在通信的过程中既能发射信号也能接收
6、信号,而另一方只能是单工工作。3全双工方式全双工方式全双工通信的任何一方在发话的同时也能收听到对方讲话,而且不需采用“按讲”的方式,这就我们手机的通信方式。二、通信的多址方式二、通信的多址方式当以传输信号的载波频率的不同划分来建立多址接人时,称为频分多址方式(FDMA);当以传输信号存在的时间不同划分来建立多址接入时,称为时分多址方式(TDMA);当以传输信号的码型不同划分来建立多址接人时,称为码分多址方式(CDMA)。三、通信的传输三、通信的传输1串行与并行串行与并行串行传输方式和并行传输方式是两种常见的通信传输方式。串行传输方式是数据在单条一位宽的传输线上,一比特接一比特地按顺序传送;并行
7、传输方式是一个字节(8位)数据是在8条并行传输线上同时由源传到目的地;而在串行通信中,数据是在单条1位宽的传输线上一位接一位地顺序传送。这样一个字节的数据要分8次由低位到高位按顺序一位位地传送。串行通信节省通信线路,传输效率较低,适合于单一性质或远距离传输;并行通信需要大量传输线路,但通信效率高。2.同步和异步同步和异步 同步传输要求双方时钟严格一致,为求时钟严格一致,发送方的编码中隐含着供接收方提取的同步时钟频率;收发以数据帧为单位,帧头包含帧同步码,中间是信息码,帧尾是帧结束码。要求收发双方的时钟节拍各自独立并允许有一定的误差。为了达到双方同步目的,需要在每个字符的头、尾各附加一个比特的起
8、始位和终止位,用来指示一个字符的开始和结束。3传输媒介传输媒介按照信号传输媒介可以将通信系统分为有线通信系统和无线通信系统。有线通信利用导体对信号进行导向性传输,有较强的封闭性和安全性,信号传输质量好,容量可以无限制地增大。但敷设、维护成本较高。主要的有线传输媒介有三种,分别是双绞线、同轴电缆和光纤。四、通信系统指标四、通信系统指标对于数字通信系统而言,系统的可靠性和有效性具体可用误码率和传输速率来衡量。1传输速率传输速率码元传输速率RB简称传码率,又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目,单位是波特(Baud),记为B。信息传输速率Rb简称传信率,又称比特率等。它表示单位时间内传递的平
9、均信息量或比特数,单位是比特/秒,可记为bit/s或bps。2误码率误码率误码率(码元差错率)Pe是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例,更确切地说,误码率是码元在传输系统中被传错的概率。3频带利用率频带利用率数字通信系统占据一定的频带宽度,衡量系统能否成分发挥所占用频带的作用,用此指标来判断。频带利用率是指系统最大传输速率与占用带宽的比值。五、调制五、调制与解调与解调调制与解调是通信技术最重要的概念之一。“携带”消息的信号称为载波信号,而被“携带”的消息称为调制信号,调制就是让消息被载波信号“携带”,解调就是从载波信号中检测出消息。正弦周期信号和脉冲周期信号常被用作载波信号。用模拟信
10、号对正弦载波信号进行调制称为模拟调制。根据调制参数的不同分别有模拟振幅调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)三种形式。课题三课题三 轨道交通通信系统的应用轨道交通通信系统的应用城市轨道交通专用通信系统一般由传输系统、公务电话系统、有线调度电话、无线调度电话、闭路电视监控、广播电视系统、环境监测、时钟系统、不间断电源UPS等系统组成。一、通信各子系统功能一、通信各子系统功能轨道交通通信系统的服务范围包括运营控制中心、车站、车辆段、停车场、维修中心等运营服务区域。通信系统不是单一的子系统的叠加,而是多个既相对独立又有效合作的子系统的组合。这些子系统在不同的运营环境下协调工作,对各自的故障
11、进行检测和报警,从而确保整个通信系统的可靠性。1传输系统功能传输系统功能传输系统是整个通信网络的纽带,它给通信各子系统以及电力系统、信号系统、AFC自动售检票系统、消防报警系统、办公网络等提供传输通道,将各车站、车辆段、停车厂的设备与控制中心的设备连接起来。2公务电话系统功能公务电话系统功能公务电话系统为轨道交通运营提供办公电话、传真等业务,同时在控制中心、车站、段厂等也设置公务电话,既可作为办公电话使用,也可以作为有线调度电话的备份,一旦调度电话故障,临时应急使用。3专用有线调度系统功能专用有线调度系统功能专用有线调度电话是为行车指挥、维修、抢险等设置的专用通信系统。一般设置四种调度电话:行
12、车调度、电力调度、防灾调度和维修调度电话系统。4无线列车调度系统功能无线列车调度系统功能无线调度系统主要是用于解决固定人员(如调度员、值班员)与流动人员(如车辆驾驶员、维修人员与列检人员等)之间的通话。5闭路电视监控系统功能闭路电视监控系统功能闭路电视监控系统为控制中心调度管理人员、车站值班员、列车司机及站台监视亭值班员等对车站的站厅、站台、出人口等主要区域提供有关列车运行、旅客疏导、防灾救火、突发事件等情况下的现场视频信息。6广播电视系统功能广播电视系统功能广播系统为乘客提供列车到发时间、安全提示信息的同时,还能在紧急情况或突发事件时为乘客提供疏散信息。同时为旅客提供关于行车时刻表、安全提示
13、、视频等的文字或多媒体视频信息。7环境监测系统功能环境监测系统功能防雷系统为其他通信子系统提供防雷保护,当设备遭到雷击或强电干扰后防雷系统通过隔离保护、均压、屏蔽、分流、接地等方法减少雷电对设备的损害。8时钟系统功能时钟系统功能时钟主要是为行车组织提供统一的标准时间,并向其他系统提供标准时间信号。9电源系统功能电源系统功能电源系统必须是供电设备独立、并具有集中监控管理的系统。电源系统应保证对通信设备不间断、无瞬变供电。直流供电系统可由直流配电盘、高频开关型整流模块、直流变换器、逆变器、阀控式密闭铅蓄电池组等组成,并应具有遥信、遥测、遥控性能和标准的接口及通信协议。对要求交流不问断供电的通信设备
14、,可根据负荷容量确定采用逆变器供电或交流不问断电源(UPS)供电方式。二、通信传输系统组网二、通信传输系统组网传输系统是整个城市轨道通信网络的纽带,通过它将个通信各子系统、各车站的信息传送到控制中心;同时为电力系统、信号系统、自动售检票系统、消防系统、办公网络等提供传输通道。通信传输系统组网示意图如下:单元二单元二 电话系统电话系统课题一课题一有线电话原理有线电话原理课题二课题二地铁传输系统地铁传输系统课题三课题三公务电话系统公务电话系统课题四课题四地铁调度系统地铁调度系统学习目标学习目标1.了解电话系统的一般概念。了解电话系统的一般概念。2.了解有线电话通信的基本工作原理。了解有线电话通信的
15、基本工作原理。3.掌握有线电话系统在城市轨道交通掌握有线电话系统在城市轨道交通中的作用及分类。中的作用及分类。4.掌握城市轨道交通中哪些工作地点掌握城市轨道交通中哪些工作地点需要配备有线电话。需要配备有线电话。课题一课题一 有线电话原理有线电话原理电话系统主要为城市轨道交通管理、运营及维修人员电话系统主要为城市轨道交通管理、运营及维修人员提供语音通信。提供语音通信。电话交换系统由公务电话系统、调度电话子系统和站电话交换系统由公务电话系统、调度电话子系统和站内、站间及轨旁电话子系统组成,其中调度电话子系统和内、站间及轨旁电话子系统组成,其中调度电话子系统和站内、站间及轨旁电话子系统属于专用电话系
16、统。站内、站间及轨旁电话子系统属于专用电话系统。一、电话机的原理一、电话机的原理电话通信是通过声能与电能相互转换、并利用电话通信是通过声能与电能相互转换、并利用“电电”这个媒介来传输语言的一种通信技术。这个媒介来传输语言的一种通信技术。两个用户要进行通信,最简单的形式就是将两部电话两个用户要进行通信,最简单的形式就是将两部电话机用一对线路连接起来。机用一对线路连接起来。二、电话通信网的组成二、电话通信网的组成1终端设备终端设备终端设备中用来完成声电变换的装置称为送话筒,完终端设备中用来完成声电变换的装置称为送话筒,完成电声变换装置称为受话器。成电声变换装置称为受话器。在送话器中装有振动膜片,可
17、将声带振动产生的声波在送话器中装有振动膜片,可将声带振动产生的声波压强转换为相应的电流变化,话流沿传输线送到收话人的压强转换为相应的电流变化,话流沿传输线送到收话人的受话器,由受话器将电流信号转换成声音信号,使受话人受话器,由受话器将电流信号转换成声音信号,使受话人听到发话人的讲话。听到发话人的讲话。二、电话通信网的组成二、电话通信网的组成2电话交换设备电话交换设备电话交换指多用户地区中,任意两个电话机建立临时电话交换指多用户地区中,任意两个电话机建立临时通话电路,以实现用户间通话的接续过程。通话电路,以实现用户间通话的接续过程。随着技术进步,电话交换机由人工交换方式转变为自随着技术进步,电话
18、交换机由人工交换方式转变为自动交换方式,相继出现了步进制、旋转制、纵横制、半电动交换方式,相继出现了步进制、旋转制、纵横制、半电子式、电子式和程控式等自动电话交换机。子式、电子式和程控式等自动电话交换机。二、电话通信网的组成二、电话通信网的组成3传输线路传输线路传输线路设施包括用户线,中继式和长途线等。传输线路设施包括用户线,中继式和长途线等。用户线:把用户的电话机接到电话局的线路。每个用用户线:把用户的电话机接到电话局的线路。每个用户都有一对电话线通到电话局,所以用户线的数量最多。户都有一对电话线通到电话局,所以用户线的数量最多。中继线:电话局之间传输信号和通话用的传输线路。中继线:电话局之
19、间传输信号和通话用的传输线路。三、程控交换技术三、程控交换技术交换系统经历了人工交换、步进制交换、纵横制交换、交换系统经历了人工交换、步进制交换、纵横制交换、电子交换等阶段。电子交换等阶段。三、程控交换技术三、程控交换技术1程控交换机分类程控交换机分类(1)按交换方式可分为:电路交换、报文交换和分组)按交换方式可分为:电路交换、报文交换和分组交换三种方式。交换三种方式。(2)按控制方式可分为:集中控制、分级控制、全分)按控制方式可分为:集中控制、分级控制、全分散控制三种方式。散控制三种方式。(3)按交换信息的类型可分为:模拟交换机和程控数)按交换信息的类型可分为:模拟交换机和程控数字交换机两种
20、方式。字交换机两种方式。三、程控交换技术三、程控交换技术2程控交换机基本结构程控交换机基本结构程控交换系统的组成是由硬件和软件两大部分组成,程控交换系统的组成是由硬件和软件两大部分组成,硬件可分为两个系统:话路系统和中央控制系统。硬件可分为两个系统:话路系统和中央控制系统。(1)话路系统)话路系统话路系统由交换网络和外围电路组成,其中外围电路话路系统由交换网络和外围电路组成,其中外围电路包括用户电路、中继器、扫描器、网络驱动器和话路接口包括用户电路、中继器、扫描器、网络驱动器和话路接口等几部分。等几部分。三、程控交换技术三、程控交换技术2程控交换机基本结构程控交换机基本结构(2)中央控制系统)
21、中央控制系统控制系统的功能包括两个方面:一方面是对呼叫进行控制系统的功能包括两个方面:一方面是对呼叫进行处理;另一方面对整个交换系统的运行进行管理、监测和处理;另一方面对整个交换系统的运行进行管理、监测和维护。维护。课题二课题二 地铁传输系统地铁传输系统传输系统是通信系统中最重要的骨干系统,能传输系统是通信系统中最重要的骨干系统,能迅速、准确、可靠地传送地铁运营管理所需要的迅速、准确、可靠地传送地铁运营管理所需要的各种信息。各种信息。一、地铁传输系统概述一、地铁传输系统概述传输系统具备整个地铁网络所需的各种业务接入功能,传输系统具备整个地铁网络所需的各种业务接入功能,为其他通信系统和信号系统、
22、自动售检票(为其他通信系统和信号系统、自动售检票(AFC)、乘客)、乘客信息(信息(PIS)、供电系统等系统提供可靠的、冗余的、可)、供电系统等系统提供可靠的、冗余的、可重构的、灵活的信息传输及交换信道。重构的、灵活的信息传输及交换信道。二、传输介质二、传输介质城市轨道交通通信传输系统的传输介质城市轨道交通通信传输系统的传输介质双绞线电缆双绞线电缆同轴电缆同轴电缆光纤电缆光纤电缆二、传输介质二、传输介质1双绞线电缆双绞线电缆双绞线电缆广泛用于电话网中作为模拟用户线使用,双绞线电缆广泛用于电话网中作为模拟用户线使用,是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成的。把两根绝缘的是由两根具有绝缘保护层的铜导线
23、组成的。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,每一根导线在传输中辐铜导线按一定密度互相绞在一起,每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消,有效降低射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消,有效降低信号干扰的程度。信号干扰的程度。二、传输介质二、传输介质1双绞线电缆双绞线电缆根据有无屏蔽层,双绞线分为根据有无屏蔽层,双绞线分为屏蔽双绞线(屏蔽双绞线(ShieldedTwistedPair,STP)非屏蔽双绞线(非屏蔽双绞线(UnshieldedTwistedPair,UTP)二、传输介质二、传输介质1双绞线电缆双绞线电缆屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽双
24、绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层。屏蔽层可减少辐射,防止信息被窃听,也可阻止屏蔽层。屏蔽层可减少辐射,防止信息被窃听,也可阻止外部电磁干扰的进入,使屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞外部电磁干扰的进入,使屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有更高的传输速率。线具有更高的传输速率。双绞线常见的有三类线,五类线和超五类线,以及六双绞线常见的有三类线,五类线和超五类线,以及六类线,前者线径细而后者线径粗。类线,前者线径细而后者线径粗。二、传输介质二、传输介质2同轴电缆同轴电缆同轴电缆是由相互绝缘的同轴导体构成的电缆。同轴同轴电缆是由相互绝缘的同轴导体构成的电缆。同轴电缆由里到外分为四层:中心铜线
25、、塑料绝缘体、网状导电缆由里到外分为四层:中心铜线、塑料绝缘体、网状导电层和电线外皮。中心铜线和网状导电层形成电流回路。电层和电线外皮。中心铜线和网状导电层形成电流回路。电磁场封闭在中心铜线和网状导电层之间,故辐射损耗小,电磁场封闭在中心铜线和网状导电层之间,故辐射损耗小,受外界干扰小。受外界干扰小。二、传输介质二、传输介质2同轴电缆同轴电缆同轴电缆从用途上分可分为基带同轴电缆和宽带同轴同轴电缆从用途上分可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆(即网络同轴电缆和视频同轴电缆)。电缆(即网络同轴电缆和视频同轴电缆)。基带电缆又分细同轴电缆和粗同轴电缆。基带电缆仅基带电缆又分细同轴电缆和粗同轴电缆。基带电
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